7.1.5 . Элементы конструкции асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель конструктивно состоит из статора - неподвижная часть и ротор - вращающаяся часть.

Статор. Сердечник статора представляет из себя цилиндр, собранный из пластин электротехнической стали с пазами на внутренней стороне. В эти пазы уложены трехфазные обмотки, соединенные с сетью (Рис.7.9.).

Рис.7.9.

Существует два типа ротора:

Беличья клетка (короткозамкнутый ротор). На рис. 7.10. и 7.11. представлены: сердечник ротора и короткозамкнутая обмотка.

Рис.7.10. Рис.7.11.

На практике обмотка ротора отливается из алюминия в отверстия в пластинах сердечника, одновременно с этим отливаются элементы охлаждения двигателя (крылья).

Фазный ротор. Если вместо отверстий в пластинах сердечника сделать пазы, то в них может быть уложена трехфазная обмотка ротора, которая с помощью щеток и колец соединяется с внешней цепью. Как правило, это соединение "звезда" вместе с трехфазным реостатом.

7.1.6. Электродвижущие силы ротора и статора

Если вращающееся магнитное поле создает синусоидальный магнитный поток Ф_mp, то (аналогично трансформатору) имеем выражения для ЭДС статора E₁ = 4,44 f₁ N₁ K₁ Ф_mp, и ротора E_2s = 4,44 f₂ N₂ K₂ Ф_mp где: K₁ ,K₂ - обмоточные коэффициенты; N₁ ,N₂ - число витков обмоток; f₁ - частота сети; f₂ - частота роторных токов, зависящая от скольжения и частоты сети f₂ = sf₁.

В момент пуска двигателя, когда n = 0 и s = 1 ЭДС ротора будет

E₂ = 4,44 f₂ N₂ K₂ Ф_mp или E_2s = s E₂.

То есть ЭДС ротора зависит от скольжения.

Исходя из ранее сказанного, можно записать выражения для реактивных сопротивлений статора и ротора: X₁ = 2 f₁ L₁ и X_2s = 2 f₂ L₂.

Зная, что f₂ = s f₁ имеем X_2s = s 2 f₁ L₂ и тогда для пуска двигателя получим X₂ = 2 f₁ L₂. Итак реактивное сопротивление ротора также зависит от скольжения X_2s=sX₂.

7.1.7. Основные уравнения асинхронного двигателя

Аналогично трансформатору можно представить эквивалентные схемы ротора и статора (Рис.7.12. и 7.13.):

Рис.7.12. Рис.7.13.

Согласно II закону Кирхгофа запишем уравнения соответствующие данным схемам:

где: U₁ - напряжение сети; X₁, R₁ - реактивное и активное сопротивления статора; X_2s, R₂ - реактивное и активное сопротивления ротора; E₁ ,E_2s - ЭДС статора и ротора.

Для пуска двигателя (s = 1) имеем:

Когда ротор вращается (0<s<1), первое уравнение остается неизменным, а второе трансформируется в: откуда.

Подставляя в уравнение следующее выражение , получим, где:- эквивалентная нагрузка двигателя.

7.1.8. Вращающий момент

Активная электрическая мощность трехфазного асинхронного двигателя известна ,.

где два первых члена уравнения соответствуют электрическим потерям в статоре и роторе, а третий определяет электрическую мощность, которая преобразуется в механическую.

Согласно классической формуле механики имеем P_мех=M =M_s(1 - s),

где: M - механический момент [Н м];  - угловая скорость [рад/сек].

Приравнивая электрическую и механическую мощности, получим = M_s (1 - s), откуда формула момента будет .

Считая, что аналогично трансформатору, выделим из основных уравнений асинхронного двигателя ток ротораI₂ , исключая при этом ЭДС E₂ :

Пренебрегая падениями напряжения I₁R₁ и I₁X₁ по сравнению с U₁, получим: . И тогда окончательно в действующих значениях будем иметь:

В результате выражение для вращающего момента будет иметь вид: